專利名稱：摩托車脈寬式整流調壓器的制作方法
技術領域：
本技術屬于摩托車領域，具體說來，它涉及一種整流調節器，這種整流調節器不僅 能將磁電機產生的交流電轉換成穩定的14V直流電，而且具有電流控制的功能。
背景技術：
摩托車整流調壓器是用于摩托車的電器總成，基本功能是將磁電機產生的交流電 轉換成直流電提供摩托車行駛所需要的電能。現用于摩托車的電氣系統中的整流調壓器只 具有整流和穩定電壓的功能，沒有控制電流的功能。隨著摩托車技術的發展，摩托車用電負載的增加，那么必會增加磁電機的發電功 率。為了在摩托車在行使過程中，蓄電池能恢復和保持電量，所設計的磁電機功率應等于或 大于整車的用電負載。而在12V低壓供電的情況下，負載等效電阻變得很小，其值等于R =
U2/I為了達到最有效的功率輸送，此時設計的磁電機內阻抗將變小。所以，一方面發電 機功率大內阻低，另一方面，磁電機轉速隨發動機變化范圍寬，再一方面，摩托車電負載白 天和夜晚變化也很大。因此必須對電流進行控制調節，避免損壞電器甚至引發火災。摩托車整流調壓經歷了早期的機械式調節器+ 二極管整流、切換磁電機繞組抽頭 + 二極管整流，現已淘汰。現代摩托車主要采用電子(可控硅)調壓器，調壓模式又分為短路模式和開關模 式。1、短路模式工作原理根據短路模式的調壓器原理，可等效為如圖1所示的原理框圖。此時，磁電機可以等效為一個電流源，整流調壓器等效為一個可控開關，對整流調 壓器的輸出電壓進行控制。由原理圖可以得到下列公式Is = Ik+Ic+IEIs 磁電機輸出總電流，Ik:整流調壓器短路電流，I。充電電流，Ik 負載電流。(箭 頭方向代表電流正方向)摩托車在白天行使時，無用電負載，此時Ik = 0。隨著發動機轉速的升高，磁電機 輸出功率增加，使得磁電機輸出電流Is增加，I。、Ik增加，當電瓶電壓升高到穩定的14V時， 充電電流I。= 0，Is = Ik，此時整流調壓器通過測試蓄電池的端電壓，控制開關K始終處于 閉合狀態，磁電機輸出的電流全部被整流調壓器短路，此種整流調壓器的工作模式稱為短 路模式。摩托車在夜間行使時，Ik增加，會出現以下狀態①當發動機轉速較低時，磁電機的輸出功率小于用電負載功率，Ic < 0，Ik = 0，在 此運行狀態時，蓄電池放電；②當發動機轉速上升時，磁電機輸出功率增加，磁電機的輸出功率滿足用電負載的功率時，I。，Ik = 0，此時Is = Ικ;③當磁電機的輸出功率再增加，Ic > 0，此時整流調壓器控制開關K閉合，Id > 0， 此時 Is = Ik+I。+IK。以上3種工作狀態，都是整流調壓器的控制電路通過測試蓄電池的端電壓，控制 開關K的導通與截止。磁電機發出的交流電通過整流橋對交流電進行整流，然后對電瓶進行充電。當電 瓶電壓逐漸上升，而磁電機產生的電流不變，整流調壓器中的反向二極管被擊穿，高電平觸 發可控硅導通，那么磁電機產生的一部分電流通過可控硅、整流橋流回到磁電機，另一部分 電流繼續給電瓶充電和用電負載。當電瓶電壓達到穩定的14V時而無用電負載，整流調壓器中的反向二極管處于反 向擊穿狀態，可控硅一直處于觸發狀態，當磁電機正半波加在可控硅兩端，可控硅導通，電 流被短路消耗。采用短路模式的整流調壓器，同種狀態的磁電機輸出電流Is只由發動機轉速決 定。當發動機轉速較高時，此時的用電負載較小或無用電負載時，短路電流Ik較大，磁電機 輸出電流被調壓器短路消耗。2、開關模式工作原理根據開關模式的調壓器原理，可等效為如圖2所示的原理框圖。根據圖2所示的開關模式原理框圖可得出Is = IC+IEIs為照明充電回路中的總電流，I。為充電電流，Ik為用電負載電流。摩托車在白天行使時，無用電負載，此時Ik = OjIs = I。。隨著發動機轉速的上升， 磁電機的線電壓增加，但由于開關式調壓器的控制電路對可控硅進行控制，使得磁電機中 的電流與電瓶充電電流相等。當電瓶電壓達到穩定的14V時，I。= 0，Is = 0，，此種整流調 壓器的工作模式稱為開路模式。摩托車在夜間行使時，Ik增加，會出現以下狀態①當發動機轉速較低時，磁電機的輸出功率小于用電負載功率，I。< 0，Ik = Is+I。， 在此運行狀態時，蓄電池放電；②當發動機轉速上升時，磁電機輸出功率增加，磁電機的輸出功率滿足用電負載 的功率時，I。= 0，此時Is = Ικ;③當磁電機的輸出功率再增加，I。> 0，此時整流調壓器控制K閉合，使電路中的 電流滿足Is = Ic+IEo開關模式整流橋的上橋全部采用可控硅，通過外部控制電路，對可控硅實現控制。 當電瓶電壓低于14V時，上橋的可控硅處于觸發狀態，當磁電機的正半波加在可控硅兩端 時，可控硅導通。此時，磁電機的交流電通過可控硅整流后對電瓶充電。當電瓶的端電壓達到14V時，整流調壓器中的反向二極管處于反向擊穿狀態，上 橋的可控硅門極始終處于低電位，無觸發信號，可控硅處于截止狀態。現有整流調壓器的模式是利用控制電路對蓄電池電壓的檢測，對開關K進行通斷 控制，使輸出電壓穩定在14V，實質上沒有對電流進行監測與控制，存在一定的缺陷如磁電機功率大內阻低，采用短路模式的整流調壓器，摩托車在白天行使時，照明
4充電回路中的總電流大，短路電流大，整流調壓器功耗較大，磁電機定子線圈溫度升高，由 于線圈內阻比較小，容易損壞磁電機的定子線圈。如果采用開關模式的整流調壓器，摩托車無用電負載時，理論上照明充電回路中 的總電流很小，但由于三相磁電機的輸出波形無過零點，開關K不能及時有效的斷開與閉 合，導致輸出電流過大。而整 車選用的保險是由整車的用電負載決定的，雖然整流調壓器起到了穩壓作 用，由于短路模式和開關模式的整流調壓器未對電流進行控制，在蓄電池端電壓很低時，同 時用電負載增加時，會導致整車的保險熔斷。對此，現有的整流調壓器具有嚴重缺陷。而根據脈寬調壓器原理，可等效為如圖3所示的原理框圖。根據圖3所示的開關模式原理框圖可得出Is = IC+IEIs為照明充電回路中的總電流，I。為充電電流，Ik為用電負載電流。開關K為受控開關。脈寬調制芯片檢測總電流Is和電瓶的端電壓，控制開關K的 導通與截止。當開關截止時，電感L中存放的能量不能瞬間釋放，電感L、電瓶、二極管組成回 路，對電流進行續流。由此可見脈寬式調壓器可以對電流的調節，控制電流的大小。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種具有電流控制功能的摩托車脈寬式整流調壓器，不 僅能將磁電機產生的交流電轉換成穩定的直流電，而且具有電流控制的功能。為了實現上述目的，采用以下的技術方案一種摩托車脈寬式整流調壓器，所述調壓器包括整流橋、功率場效應管、輸出電 路、電流取樣電路、脈寬調制芯片、電壓取樣電路、續流電路；其中整流橋輸出端與功率場效應管輸入端相接，電流取樣電路、電壓取樣電路分 別與脈寬調制芯片的電流取樣端、電壓取樣端相連接，脈寬調制芯片的輸出端與輸出電路 相接，輸出電路與功率場效應管耦接，用于驅動功率場效應管的門極；功率場效應管的源極 經過輸出電路與續流電路相接。磁電機發出的交流電通過整流橋對交流電進行整流，脈寬調制芯片的電壓取樣端 通過電壓取樣電路對電瓶電壓進行取樣，控制功率場效應管的導通與截止。同時，脈寬調制 芯片的電流取樣端通過電流取樣電路對輸出電流進行取樣，然后與設定值進行比較。通過 對電壓、電流與設定值的比較，脈寬調制芯片的輸出端精確的輸出PWM脈沖寬度調制信號， 控制功率場效應管的導通與截止，從而控制輸出電流，穩定電壓。本實用新型的有益效果為采用本實用新型對電流和電壓同時進行檢測，無論摩 托車是在白天、夜間或者在蓄電池電壓過低且用電負載增加的情況下，保證了整個照明充 電系統的可靠性。隨著三輪摩托車用電負載的增加，磁電機功率的增大，開關式和短路式整 流調壓器不能保證照明充電系統的可靠性。因為脈寬整流調壓器可以控制充電電流，合理 的充電電流才能夠延長蓄電池的壽命。
圖1為短路模式工作原理框圖；圖2為開關模式工作原理框圖；圖3為脈寬整流調壓器工作原理框圖；圖4為本實用新型具體實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步的描述如圖4所示，摩托車的充電照明系統由磁電機1、脈寬式整流調壓器2、蓄電池10、摩托車用電負載11組成。其中磁電機1上的照明線圈輸出端與脈寬式整流調壓器2相連 接，脈寬式整流調壓器2的輸出端與蓄電池10與摩托車用電負載11相接。脈寬式整流調壓器2包括整流橋3、功率場效應管4、輸出電路5、電流取樣電路 6、脈寬調制芯片7、電壓取樣電路8、續流電路9 ；其中整流橋3輸出端與功率場效應管4輸入端相接，脈寬調制芯片7的輸出端與 輸出電路5相接，輸出電路5與功率場效應管4耦接，用于驅動功率場效應管4的門極；電 流取樣電路6、電壓取樣電路8分別與脈寬調制芯片7的電流取樣端、電壓取樣端相連接，功 率場效應管4的源極經過輸出電路5與續流電路9相接。輸出電路5包括電容C51、變壓器Tl、電阻R51 ；其中脈寬調制芯片7的輸出端通過電容C51與變壓器Tl的次級線圈相接，電阻 R51并聯在變壓器Tl初級線圈的兩端。電流取樣電路6包括變壓器T2、二極管D61、電阻R61、電阻R62、電阻R63、電阻 R64、電容 C61 ；其中電阻R61并聯在變壓器T2次級線圈兩端，電阻R61依次串接二極管D61、電 阻R64后接入脈寬調制芯片7的電流取樣端；電阻R62和電阻R63 —端連接在二極管D61、 電阻R64之間，另一端接地；電容C61 —端接在電阻R64與脈寬調制芯片7的電流取樣端之
間，另一端接地。電壓取樣電路8包括電阻R81、電阻R82、電阻R83、電阻R84、電阻R85、電容C81 ；其中電阻R81與電阻R82并聯后與一端接地的電阻R83串聯組成分壓電路，電阻 R84與電阻R81串聯后接至脈寬調制芯片7的電壓取樣端；電阻R85的一端接脈寬調制芯 片7的電壓取樣端，另一端接脈寬調制芯片7的電壓比較端；電容C81并聯在電阻R85的兩端。續流電路9包括二極管D1、二極管D2、電感線圈Ll ；其中兩個二極管Dl、D2的陽極接地，陰極與電感線圈Ll相接，陰極上還連接有變 壓器T2的初級線圈。具體的工作過程如下隨著磁電機1轉速的逐漸升高，磁電機1產生的交流電通過整流橋3整流后輸入 至功率場效應管4，此時，脈寬調制芯片7根據蓄電池10電壓的變化，輸出信號給輸出電路 5，輸出電路5控制功率場效應管4的導通與截止，給蓄電池充電。同時電流取樣電路6對 輸出電流進行取樣，電壓取樣電路8對蓄電池10的端電壓進行取樣，然后輸入到脈寬調制芯片7中。脈寬調制芯片7通過對電流取樣值與電壓取樣值與設定值相比較，精確地輸出PWM脈沖寬度調制，控制功率場效應管4的導通時間與截止時間，使得脈寬式整流調壓器2 的輸出電壓恒定在14V，達到穩定電壓的目的，同時控制輸出電流值在設定值范圍內。功率 場效應管4在截止時，電路中的電感儲存的電流通過續流電路9中的雙二極管Dl、D2續流。當蓄電池電壓很低，整流調壓器的輸出端與蓄電池端電壓的電壓差值大，此時發 動機高速運轉時，電瓶的充電電流變大，脈寬式整流調壓器通過對電流的控制，始終保證充 電電流小于等于設計的最大輸出電流值，保證整個照明系統正常工作。以上結合附圖及具體實施例對本實用新型做進一步的描述，但是不構成實用新型 的限制，落在權利要求范圍內的任何變形與改變，均受到本實用新型的保護。
權利要求一種摩托車脈寬式整流調壓器，其特征在于所述調壓器包括整流橋(3)、功率場效應管(4)、輸出電路(5)、電流取樣電路(6)、脈寬調制芯片(7)、電壓取樣電路(8)、續流電路(9)；其中整流橋(3)輸出端與功率場效應管(4)輸入端相接，脈寬調制芯片(7)的輸出端與輸出電路(5)相接，輸出電路(5)與功率場效應管(4)耦接，用于驅動功率場效應管(4)的門極；電流取樣電路(6)、電壓取樣電路(8)分別與脈寬調制芯片(7)的電流取樣端、電壓取樣端相連接，功率場效應管(4)的源極經過輸出電路(5)與續流電路(9)相接。
2.如權利要求1所述的摩托車脈寬式整流調壓器，其特征在于所述輸出電路(5)包 括電容(C51)、變壓器(Tl)、電阻(R51)；其中脈寬調制芯片(7)的輸出端通過電容(C51)與變壓器(Tl)的次級線圈相接，電阻 (R51)并聯在變壓器(Tl)初級線圈的兩端。
3.如權利要求2所述摩托車脈寬式整流調壓器，其特征在于所述電流取樣電路(6) 包括變壓器(T2)、二極管(D61)、電阻(R61)、電阻(R62)、電阻(R63)、電阻(R64)、電容 (C61)；其中電阻(R61)并聯在變壓器(T2)次級線圈兩端，電阻(R61)依次串接二極管(D61)、 電阻(R64)后接入脈寬調制芯片(7)的電流取樣端；電阻(R62)和電阻(R63) —端連接在 二極管(D61)、電阻(R64)之間，另一端接地；電容(C61) —端接在電阻(R64)與脈寬調制 芯片(7)的電流取樣端之間，另一端接地。
4.如權利要求3所述的摩托車脈寬式整流調壓器，其特征在于所述電壓取樣電路(8) 包括電阻(R81)、電阻(R82)、電阻(R83)、電阻(R84)、電阻(R85)、電容(C81)；其中電阻(R81)與電阻(R82)并聯后與一端接地的電阻(R83)串聯組成分壓電路，電 阻(R84)與電阻(R8I)串聯后接至脈寬調制芯片(7)的電壓取樣端；電阻(R85)的一端接 脈寬調制芯片(7)的電壓取樣端，另一端接脈寬調制芯片(7)的電壓比較端；電容(C81)并 聯在電阻(R85)的兩端。
5.如權利要求1至4任一所述的摩托車脈寬式整流調壓器，其特征在于所述續流電 路(9)包括二極管(Dl)、二極管(D2)、電感線圈(Li)；其中兩個二極管(D1、D2)的陽極接地，陰極與電感線圈(Li)相接，陰極上還連接有變 壓器(T2)的初級線圈。
專利摘要本實用新型公開了一種摩托車脈寬式整流調壓器，包括整流橋(3)、功率場效應管(4)、輸出電路(5)、電流取樣電路(6)、脈寬調制芯片(7)；其中整流橋(3)輸出端與功率場效應管(4)輸入端相接，電流取樣電路(6)、電壓取樣電路(8)分別與脈寬調制芯片(7)的電流取樣端、電壓取樣端相連接，脈寬調制芯片(7)的輸出端與輸出電路(5)相接，輸出電路(5)與功率場效應管(4)耦接；功率場效應管(4)的源極經過輸出電路(5)與續流電路(9)相接。本實用新型對電流和電壓同時進行檢測，無論摩托車是在白天、夜間或者在蓄電池電壓過低且用電負載增加的情況下，保證了整個照明充電系統的可靠性。
文檔編號H02P9/48GK201623683SQ20092029428
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月31日 優先權日2009年12月31日
發明者羅庚, 陳耀軍 申請人:重慶宗申發動機制造有限公司